{en=Analysis of the Intervertebral Discs Adjacent to Interbody Fusion using a Multibody and Finite Element Co-Simulation} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Neste trabalho é descrito uma nova metodologia para análise dinâmica e estrutural de sistemas (bio)mecânicos complexos que une os domínios dos elementos finitos e da dinâmica de sistemas multicorpo através de uma co-simulação que aproveita as vantagens de cada uma das formulações matemáticas, numa verdadeira ligação sinergética. Para alcançar o objectivo proposto, um módulo de co-simulação é desenvolvido com base no algoritmo gluing X-X, sendo cada estrutura co-simulada através de um par de pontos de referência cuja cinemática é determinada pelo domínio dos sistemas multicorpo, o qual a prescreve, como dados iniciais, para o modelo de elementos finitos correspondente. O modelo de elementos finitos, por sua vez, resolve o problema estrutural imposto pela cinemática prescrita e calcula as forças e momentos resultantes aplicadas nos pontos de referência, estas são devolvidas para o módulo dos sistemas multicorpo, que as usa para resolver o problema dinâmico e calcular a nova cinemática a prescrever ao modelo de elementos finitos no próximo instante. O método proposto é aplicado ao estudo da dinâmica da coluna vertebral numa situação patológica na qual é simulada uma fusão intersomática. Como tal, três componentes são desenvolvidas e incluídas no modelo: o modelo multicorpo da coluna vertebral que inclui as vértebras rígidas, os contactos entre as facetas articulares e apófises espinhosas, os ligamentos e os modelos de elementos finitos dos discos intervertebrais e da placa de fixação. O modelo proposto é usado para simular os movimentos de flexão e extensão da coluna numa perspectiva de análise da dinàmica directa., en=This work describes a novel methodology for the dynamic and structural analysis of complex (bio)mechanical systems that joins both multibody dynamics and finite element domains, in a synergetic way, through a co-simulation procedure that takes benefit of the advantages of each numerical formulation. To accomplish this goal, a co-simulation module is developed based on the gluing algorithm X-X, which is responsible for the management of the information flux between the two software packages. The X-X algorithm uses for each co-simulated structure a pair of reference points whose kinematics are solved by the multibody module and prescribed, as initial data, to the finite element counterpart. The finite element module, by its turn, solves the structural problem imposed by the prescribed kinematics, calculates the resulting generalized loads applied over the reference points and return these loads back to the multibody module that uses them to solve the dynamic problem and to calculate new reference kinematics to prescribe to the finite element module in the next time step. The proposed method is applied to study the spine dynamics in a pathologic situation, in which an intersomatic fusion is simulated. Taking into account the proposed simulation scenario, three major components are developed and included in the model: the spine multibody model that includes the rigid vertebrae, the facet joints? and spinous processes? contacts, ligaments and the finite element models of the intervertebral discs and of the fixation plate. The proposed model is simulated for flexion and extension movements in a forward dynamics perspective. }

Discussão: novembro 25, 2009, 9:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

AUTOR

Nuno Miguel Barroso Monteiro (ist154208)

CO-ORIENTADOR

João Orlando Marques Gameiro Folgado

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Miguel Pedro Tavares da Silva

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar